Imprimer en 3D du béton directement sous l’eau

L’océan n’a jamais été un endroit facile pour ériger des structures. La profondeur, la pression et la visibilité limitée rendent même les travaux de construction et de réparation courants complexes et coûteux, en particulier pour les infrastructures cachées sous la surface. À l’université Cornell, des chercheurs étudient si ces contraintes pourraient être surmontées grâce à la construction in situ. Plutôt que d’adapter les méthodes terrestres traditionnelles aux conditions sous-marines, l’équipe développe un moyen de fabriquer des structures directement dans l’eau à l’aide de l’impression 3D béton. Cette approche pourrait permettre de construire des infrastructures maritimes là où elles sont nécessaires, sans préfabrication à terre ni déploiement depuis la surface.

Si elle est couronnée de succès, cette méthode pourrait favoriser un modèle de construction maritime plus silencieux et plus adaptatif, réduisant à la fois la complexité logistique et les perturbations environnementales. « Nous voulons construire sans perturber l’environnement », a déclaré Sriramya Nair, professeur adjoint de génie civil et environnemental à Cornell et responsable du projet. « Si vous disposez d’un véhicule sous-marin télécommandé qui se rend sur place en perturbant le moins possible l’océan, il est alors possible de construire de manière plus intelligente et de ne pas continuer à utiliser les mêmes pratiques que celles que nous utilisons sur terre. »

Démarrée en 2024, cette initiative menée par l’université Cornell bénéficie du soutien de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), qui a lancé un ambitieux défi d’un an visant à développer un béton imprimable en 3D pouvant être coulé à plusieurs mètres sous l’eau. En 2025, l’équipe a obtenu une subvention de 1,4 million de dollars, sous réserve de respecter une série de critères techniques, et est en compétition avec cinq autres équipes. Le défi aura lieu en mars prochain, lorsque chaque équipe devra imprimer en 3D une arche en béton sous l’eau.

Des sédiments marins comme matière première

La DARPA a ajouté une contrainte importante : le béton doit être composé principalement de sédiments marins, avec seulement une petite quantité de ciment. Rappelons que les sédiments marins regroupent principalement la roche, les cailloutis et graviers, les sables et les vases. L’utilisation de matériaux locaux permettrait de réduire le transport par bateau de grandes quantités de ciment. Cela pose bien évidemment des défis importants en termes de matériaux et de processus. À ce jour, personne n’a réussi à imprimer en 3D du béton structurel à partir de sédiments marins. « Personne ne le fait actuellement », a déclaré M. Nair. « Personne n’utilise les sédiments marins pour imprimer. Cela ouvre de nombreuses possibilités pour réimaginer ce à quoi pourrait ressembler le béton. »

Résoudre les problèmes de lessivage et de visibilité sous l’eau

Un autre obstacle majeur est le lessivage, qui se produit lorsque les particules de ciment se dispersent dans l’eau avant de se lier correctement, affaiblissant ainsi la structure imprimée. Des adjuvants chimiques peuvent aider à prévenir ce phénomène, mais ils augmentent également la viscosité, rendant le matériau plus difficile à pomper et à extruder. « Lorsque vous ajoutez ces produits chimiques, votre mélange devient très visqueux et vous ne pouvez plus le pomper », explique M. Nair. « Il faut trouver un équilibre entre la pompabilité et les agents anti-érosion, tout en s’assurant que le matériau conserve sa forme et adhère bien entre les couches. »

Pour affiner cet équilibre, l’équipe effectue fréquemment des tests d’impression dans un grand réservoir rempli d’eau au Bovay Civil Infrastructure Laboratory Complex de Cornell. Si cet environnement contrôlé permet d’inspecter de près le placement des couches, la résistance et la géométrie, une telle évaluation pratique n’est pas possible sous l’eau dans des conditions réelles.

En conséquence, les chercheurs développent également des systèmes basés sur des capteurs et des commandes robotiques afin de permettre une surveillance et des ajustements en temps réel pendant l’impression. La visibilité sous l’eau peut chuter à près de zéro dès que les sédiments sont perturbés, ce qui rend l’autonomie indispensable plutôt que facultative.

À l’approche de la démonstration finale, le projet offre un aperçu de la manière dont la fabrication additive in situ pourrait étendre l’impression 3D à grande échelle à l’un des environnements de construction les plus difficiles au monde.

Quel rôle l’impression 3D béton peut-elle jouer dans le paysage maritime ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits de toutes les photos : Ryan Young/Cornell University